JP5690533B2 - ハンチ加工された鉄骨柱梁接合部構造 - Google Patents

Description

本発明は、鉄骨構造物において、柱に取り付ける梁端部をハンチ加工し、梁フランジから一定の勾配で立ち上がるハンチ部分即ちハンチ先端の梁フランジ内面にスティフナーを設けた鉄骨柱梁接合部構造に関するものである。

１つの柱に複数の梁が取り付けられ梁同士のせいが異なる場合に、梁せいの小さい梁端のせいを鉛直方向に拡大して大きい方の梁サイズに合わせるようにハンチ加工を行われることがある。そして、ハンチ加工を行った場合に、梁フランジの面外変形がおきやすく、その梁フランジの座屈防止のために、そのハンチ先端の梁フランジの内側にスティフナーを設ける方法がとられている。

これに対して、ハンチの構造に対しいくつか提案がなされている。例えば、特開２００８−１２１４１９及び特開２００４−２５７００５及び特開２００３−２９３４４８
においては、Ｈ形鋼を上下に重ねて製作した梁端をガセットプレートを介して柱にボルト接合した構造があり、特開２００４−１６９２９８には、横断面がＴ形のハンチを柱に溶接取り付ける方法が提案されている。しかし、ハンチ先端の梁フランジの内側にスティフナーを設ける方法については記載がない。
現在用いられている梁端のハンチ加工は、図１に示すように、梁端の一方のフランジ５を一定の長さだけ切り裂いてウエブ６と分離させてその根本で梁フランジを加熱して曲げ加工で曲げ部５Ｂを作り、開口したウエブ部分に鋼板９を嵌め込み溶接９Ｂを行う。このようなハンチをここでは嵌め込み型ハンチという。また、図２に示すように、梁ブラケットを溶接で製作する場合に予め梁フランジ部分の鋼板を曲げ加工して、その形状に合わせてウエブを製作してハンチ付きの梁ブラケットを製作するタイプがある。このようなハンチをここではビルトＨ型ハンチという。また、嵌め込み型ハンチとビルトＨ型ハンチを総称して、曲げ型ハンチという。なお、ハンチは、通常梁フランジの下側に取り付けられる。

特開２００８−１２１４１９ 特開２００４−２５７００５ 特開２００３−２９３４４８ 特開２００４−１６９２９８

そのハンチ先端の梁フランジの内側に、通常、スティフナーを設ける方法がとられているけれども、スティフナーの取り付ける位置によっては大きな応力がウエブに発生することが認められ、ハンチの勾配が大きいほど顕著であった。このようなハンチ取り付けに関しては詳細が明らかにされていない。また、特許文献１〜４の追加型ハンチではスティフナーは用いられていない。
また、特許文献１〜４の追加型ハンチでは、ウエブ部分でガセットプレートにボルト接合した場合は、梁の曲げモーメントに対しボルト接合部が弱いのでウエブの曲げモーント負担が期待できない。その場合は、梁端部の曲げモーメントに対し梁端部に大きな耐力の損失がある。また、梁フランジの曲がり部は形状不連続で、梁フランジおよびウエブに大きな応力集中が働くと言う問題がある。
更に、特許文献１〜４のハンチには多くのダイアフラムが用いられており、製作上効率が
悪い。ダイアフラム１枚入る毎にダイアフラム材料と柱との溶接接合が増加し、柱製作上大きな製作手間がかかる。従来型のハンチ加工では曲げ加工に伴う材料劣化が起こり、特許文献１〜４に係るハンチ加工では材料を多く使い資源の多消費である。
更に、図１及び図２において、ハンチ先端部分５Ｂのウエブ６にはスティフナー１０を梁フランジ内部に取り付けても応力集中１５が発生し、この応力集中はハンチ勾配が大きくなるほど顕著になることが検討の結果明らかになった。即ち、このハンチの勾配は通常１／４〜１／３程度であるが、１／２〜１／１になると応力集中が顕著になる。

ハンチ先端部ウエブの応力低減には、ハンチ部先端に設けられた梁フランジ内部のスティフナーは、梁フランジ外表面から梁フランジ板厚の０％乃至１５％の高さ位置と同高さ位 置にある前記ハンチ又は前記追加型ハンチの外表面位置を起点として大凡４５°の延長線上に来る梁フランジ内表面にスティフナーの端部中心が来るようにスティフナーを設けることが有効である。また、ハンチ加工の製作工数低減には、梁フランジの曲げ加工が不要な追加型のハンチを用いることにより解決できる。
請求項１に係る発明は、
鉄骨構造物の柱３と梁１の接合部において、図１及び図２に示す梁端フランジを曲げ加工して設けたハンチ又は図３に示す梁端フランジ外面に新たに追加して設けた追加型ハンチのフランジの先端において、図４及び図５に示すように、梁フランジ外表面から梁フランジ板厚の０％乃至１５％の高さ位置と同高さ位置にある前記ハンチ又は前記追加型ハンチの外表面位置を起点として大凡４５°の延長線上に来る梁フランジ内面にスティフナー１０の端部中心が来るように配置したハンチを有する柱梁接合部構造である。
請求項２に係る発明は、
請求項１に係かる発明において、図３に示すように、鉄骨構造物の柱３と梁１の溶接接合部において、ウエブおよびフランジで構成され、側面が３角形状、断面がＴ字形状で、且つ、前記フランジが梁軸方向に対して斜めの勾配（１：２（２７°）乃至１：１（４５°）の勾配）を持つ前記追加型ハンチ４Ａを、前記梁１の端部の下側又は上側に溶接接合させて、且つ前記追加型ハンチ４Ａの前記フランジを柱３に接合されたダイアフラム７の面内に溶接接合させた柱梁接合部構造である。追加型ハンチでは、図３において、ハンチ４Ａのフランジ５Ｆ及びウエブ６ＨはロールＨ形鋼又は溶接製作のビルトＨ形鋼から切り出して製作することができる。ロールＨ形鋼の場合はフランジとウエブの板厚比は限られてものになるが、溶接製作のビルトＨ形鋼の場合はフランジとウエブの板厚比を任意に帰ることができる。なお、図３でダイアフラム７Ｅを用いた場合は、梁５の端部のより大きな耐力が得られることは自明の理である。
請求項３に係る発明は、請求項１または２に記載の発明において、図３に示すように、追加型ハンチ４Ａが取り付けられた側の梁端フランジ５に対するダイアフラム７Ｅを省略し、図７に示すように該梁端フランジ５の角を斜めにカットしたことを特徴とする柱梁接合部である。該梁端フランジ５の角を斜めにカットする角度は溶接施工が難しくない程度であれば良くて大凡４５°であり、カットする量は梁フランジ半幅乃至１／４程度である。また、該梁端フランジ５の角を斜めにカットする場合、カットされた梁フランジは左右対称が望ましい。このように該梁端フランジ５の角を斜めにカットする理由は、ダイアフラム７Ｅがない場合は、柱スキンプレート部分が面外変形を起こして該梁フランジをサポートできないからであり、梁端の側端では柱端部に近くなると発生応力が大きくなるのを防止すると共に、ウエブの溶接量も低減できるからである。
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の発明において、図８に示すように、該鉛直ハンチ（追加型ハンチ）４の先端部に取り付けられたスティフナー１０とハンチ側梁フランジ５で形成される角隅部の梁軸方向梁中央側ウエブ６、又は図９又は図１０に示すようにスティフナーの柱側と梁中央側の両側のウエブ６に、半円形、１／４円形、楕円形又は四辺形の当て板１１を溶接で取り付けることを特徴とする柱梁接合部構造である。該鉛直ハンチ４の先端部のＨ形鋼梁ウエブ６は、特にハンチフランジ５Ａ又は５Ｂの面内方向のウエブ部分に大きな応力集中が発生させるので、該鉛直ハンチ４の先端部のスティフナーの梁軸方向の梁中央側のＨ形鋼梁ウエブ６の片側に当て板１１を取り付けるのが特に有効である。
請求項５に係る発明は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、図１１に示すように、梁端部フランジ５に、追加型ハンチ４に重ねて、更に水平フランジ２２を持つ追加型ハンチを備えた重ね追加型ハンチ２１を取り付けたことを特徴とする柱梁接合部構造である。本発明は、梁フランジウエブ６と追加型ハンチウエブ６Ｈと重ね追加型ハンチウエブ２３は同一面内にあり、重ね追加型ハンチの梁中央側端部即ちハンチ先端の形状は、通常１０〜１５０Ｒの曲率を持つ円弧又は１／４〜１／２の勾配を持つテーパである。

本発明の効果については、上記の説明の中でも行っているが、要点を列挙すると次の通りである。

１ 梁端部の応力の緩和とハンチ先端のウエブの応力の緩和が図れる。

２ 追加型ハンチを用いた場合は、梁端加工が容易で製作の効率が図れる。

３ 梁端及びハンチ先端部のウエブ応力の緩和により、より安全な構造となり、ハンチのない場合に比較して梁せいの低減に役立ち、鉄骨重量の軽減に役立つ。

従来の嵌め込み型ハンチを備えた柱梁接合部側面図 従来のビルトＨ型ハンチを備えた柱梁接合部側面図 請求項１に係る発明において、追加型ハンチにスティフナーを取り付け状況の正面図 請求項１に係る発明において、従来の曲げ型ハンチにスティフナーを取り付け状況のハンチ先端の詳細正面図 請求項１に係る発明において、追加型ハンチにスティフナーを取り付け状況のハンチ先端の詳細正面図 請求項２に係る発明において、追加型ハンチのフランジが柱に取り付けられるダイアフラムの面内の例として次の４通りのケースの断面図。

・ 柱から突出した通しダイアフラムの端部
・ 柱からの突出が０〜１０ｍｍの通しダイアフラムの端部
・ 内ダイアフラム面内でその端部の延長線上の柱スキンプレート外表面
・ 柱側面に設けられた貫通溝からダイアフラムと柱をスロット溶接した溶接部
追加型ハンチが取り付けられた梁フランジの上面図 追加型ハンチ先端のスティフナーの梁中央側ウエブに鋼製当て板を取り付けた正面図（イ）は正面図で、（ロ）は梁及びハンチ部の側面図である。 追加型ハンチ先端のスティフナーの梁中央側及び柱側のウエブに鋼製当て板を取り付けた正面図。（イ）は正面図で、（ロ）は梁及びハンチ部の側面図である。 曲げ型ハンチ先端のスティフナーの梁中央側及び柱側のウエブに鋼製当て板を取り付けた正面図。（イ）は正面図で（ロ）は梁及びハンチ部の側面図である。 梁端部に、追加型ハンチに重ねて、更に追加型ハンチを取り付けた正面図。梁中央側のハンチ先端の形状は１０〜１５０Ｒの曲率を持つ円弧又は１／４〜１／２の勾配を持つテーパである。（イ）は正面図で、（ロ）は梁及びハンチ部の側面図である。

実施例１
請求項1に係る発明において、望ましい形として、梁端フランジを曲げ加工して設けたハ
ンチ即ち曲げ型フランジでは、図４に示すように、梁フランジ５の外表面から梁フランジ板厚１６の５％乃至１５％の高さ１８の該ハンチ５Ｆ外表面位置を起点として４５°の延長線上に来る梁フランジ内面にスティフナー１０の端部中心が来るように配置し、図５に示すように、梁端フランジ５Ｆ外面に新たに追加して設けた追加型ハンチでは、梁フランジ外表面から梁フランジ板厚１６の０％乃至１０％高さの該ハンチ５Ｆ外表面位置を起点として大凡４５°の延長線上に来る梁フランジ５の内面にスティフナー１０の端部中心が来るように配置する。上記大凡４５°の角度としては、４０°〜５０°が望ましい。
実施例２
請求項２に係る発明において、図６に示すように、柱に接合されたダイアフラムの面内にハンチフランジを溶接接合する例として次の４通りがある。

・ 柱から２５〜３０ｍｍ突出した通しダイアフラムの端部への溶接接合
・ 柱からの突出が０〜１０ｍｍの通しダイアフラムの端部への溶接接合
・ 内ダイアフラム面内でその端部の延長線上の柱スキンプレート外表面
・ 柱側面に設けられた貫通溝からダイアフラムと柱をスロット溶接した溶接部

本発明は、従来のハンチに比較して製作が容易で且つ加工工数が少なくて、発生応力も少ないので、発明効果が大きく、また、構造設計の従来方式で応用できるので適用が容易である。これらの理由で、産業上の利用可能性が高い。

１ 大梁
２ 小梁
３ 柱
４ ハンチ
４Ａ 追加型ハンチ
４Ｂ 曲げ型ハンチ
５ 梁フランジ
５Ｂ フランジ曲げ部
５Ｆ ハンチフランジ
６ ウエブ
６Ｈ ハンチ部分のウエブ
７ ダイアフラム
７Ｅ 請求項３に係る除去可能なダイアフラム
８ ガセットプレート
９ 嵌め込み板
９ｗ 嵌め込み板の溶接部
１０ スティフナー
１１ 鋼製当て板
１２ 鋼製当て板溶接部
１３ 突合せ溶接又は完全溶け込み溶接
１４ すみ肉溶接
１５ 高応力発生部分
１６ 梁フランジ板厚ｔｆ
１７ ハンチフランジ板厚ｔｈ
１８ 梁フランジ外表面から梁フランジ板厚の０％乃至１５％高さの寸法ｈ０
１９ 梁軸方向
２０ 梁端フランジ斜めカット部分
２１ 重ね追加型ハンチ
２２ 重ね追加型ハンチのフランジ
２３ 重ね追加型ハンチのウエブ

Claims (5)

1. 鉄骨構造物の柱と梁の溶接接合部において、梁端フランジを曲げ加工して設けたハンチ又は梁端フランジ外面に新たに追加して設けた追加型ハンチのフランジの先端において、
   梁フランジ外表面から梁フランジ板厚の０％乃至１５％の高さ位置と同高さ位置にある前記ハンチ又は前記追加型ハンチの外表面位置を起点として凡そ４５°の延長線上に来る梁フランジ内面にスティフナーの端部中心が来るように配置したハンチを有する柱梁接合部構造。
2. 鉄骨構造物の柱と梁の溶接接合部において、ウエブおよびフランジで構成され、側面が３角形状、断面がＴ字形状で、且つ、前記フランジが梁軸方向に対して斜めの勾配を持つ前記追加型ハンチを、前記梁の端部の下側又は上側に溶接接合させて、且つ前記追加型ハンチの前記フランジを柱に接合されたダイアフラムの面内に溶接接合させたことを特徴とする請求項１に記載の柱梁接合部構造。
3. 前記梁端フランジに対するダイアフラムを省略し、該梁端フランジの角を斜めにカットしたことを特徴とする請求項１または２に記載の柱梁接合部構造。
4. 前記ハンチ又は前記追加型ハンチの先端部に取り付けられたスティフナーとハンチ側梁フランジの角隅部の梁軸方向梁中央側ウエブ又は、柱と梁中央側の両側に、半円形、１／４円形、楕円形又は四辺形の当て板を溶接で取り付けることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の柱梁接合部構造。
5. 前記梁端フランジに、前記追加型ハンチに重ねて、更に水平フランジを持つ重ね追加型ハンチを取り付けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の柱梁接合部構造。

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